Nghiên cứu đánh giá các phương pháp tính toán kích thước luồng và ảnh hưởng của yếu tố người điều động tàu

CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/1956 - 01/04/2014<br /> <br /> <br /> Vậy giới hạn ta chọn để tránh vùng cộng hưởng là tàu có vận tốc và góc mạn sóng nằm<br /> ngoài giới hạn Vmin và Vmax .<br /> Trong ví dụ như hình, ta có các thông số đầu vào:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Mô hình chương trình tính toán<br /> + Hướng tàu HT = 300;<br /> + Hướng sóng HS = 900;<br /> + Vận tốc tàu Vt = 7 knots;<br /> + Chiều cao thế vững của tàu H = 2.0m;<br /> + Chiều rộng tàu B = 15m;<br /> + Hệ số lắc của tàu f = 6.0.<br /> Từ đó, thông qua các hệ công thức được lập trình trên phân mềm tin học Visual Basic, chương<br /> trình bảng tính đã thể hiện cho ta biết được khoảng cộng hưởng cũng như đưa ra giới hạn hướng<br /> đi an toàn và tốc độ an toàn là Vmin = 4 knots và Vmax = 6,5 knots.<br /> 3. Kết luận<br /> Như vậy với chương trình bảng tính, người sỹ quan hàng hải có thể lựa chọn được một<br /> hướng đi và tốc độ an toàn khi tàu hành trình trong điều kiện sóng gió.<br /> Bên cạnh đó, chương trình bảng tính đã hạn chế được những nhược điểm mà các bảng<br /> tính, các công thức thực nghiệm trước đây thường dùng. Đó là đã đưa ra một kết quả nhanh hơn,<br /> chính xác hơn. Đồng thời khi máy tính được kết nối với các thiết bị hàng hải thì kết quả sẽ luôn tự<br /> động cập nhật, giúp cho người sỹ quan hàng hải ít kinh nghiệm đi biển cũng có thể theo dõi<br /> thường xuyên và liên tục tình trạng của tàu, tránh được hiện tượng cộng hưởng.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1] PGS.TS. Nguyễn Đức Ân (2005), Lý thuyết tàu thủy I, II, NXB Giao thông Vận tải Hà Nội.<br /> [2] TS.TTr. Nguyễn Viết Thành (2007), Điều động tàu, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội.<br /> [3] Tiếu Văn Kinh (1992), Hướng dẫn nghiệp vụ hàng hải - Tập 1, NXB Giao thông Vận tải.<br /> [4] Phòng Bảo đảm Hàng hải, Bộ tư lệnh Hải Quân nhân dân Việt Nam (1983), Sổ tay Điều khiển tàu.<br /> <br /> Người phản biện: TS. Trần Văn Lượng<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC<br /> LUỒNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA YẾU TỐ NGƯỜI ĐIỀU ĐỘNG TÀU<br /> RESEARCH AND ESTIMATION OF DESIGN GUIDE FOR CHANNELS AND THE<br /> EFFECT OF MANEUVERING HUMAN FACTOR<br /> ThS. NGUYỄN XUÂN THỊNH<br /> Khoa Công trình, Trường ĐHHH Việt Nam<br /> Tóm tắt<br /> Các tuyến luồng hang hải Việt Nam là nhân tố cần thiết trong việc định hướng phát triển<br /> hệ thống Cảng biển Việt Nam trong việc phát triển nền kinh tế biển. Và mỗi tuyến luồng<br /> đều mang những đặc điểm địa hình, địa chất riêng biệt . Do đó việc tính toán thiết kế các<br /> tuyến luồng ngoài các lý thuyết tính toán thì yếu tố con người trực tiếp điều động phương<br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 38 – 04/2014 71<br />  CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/1956 - 01/04/2014<br /> <br /> <br /> tiện hang hải cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc nâng cao tính an toàn trong<br /> hàng hải để đảm bảo hiệu suất khai thác hàng hải sao cho tốt nhất. Trong bài báo này<br /> tác giả chỉ đề cập đến các lý thuyết tính toán thiết kế kênh biển và đề suất nghiên cứu<br /> ảnh hưởng của người điều động tầu trên luồng hành hải phục vụ thiết kế xây dựng giao<br /> thông vận tải đường thủy.<br /> Abstract<br /> Vietnam channels are the essential factors of development orientation for Vietnam port<br /> system in improving sea economy, and each channel has a separate terrain<br /> characteristic. Thus, besides the design guide for channels, the ship maneuvering human<br /> factor plays an important role in enhancing navigation safety. As a result, this assists the<br /> productiveness of maritime transportation operation superior. The purpose of this article<br /> givens a brief about a guide for channels and study promotion of the effect of ship<br /> maneuvering human factor for the construction design of water way transportation.<br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Việc tìm hiểu khả năng đi biển của các phương tiện hành hải là vô cùng cần thiết và quan<br /> trọng, nó có ý nghĩa quyết định tính an toàn và tính kinh tế trong công tác, không những thế nó còn<br /> có ý nghĩa làm giải phóng sức lao động của con người bằng phương pháp tự động hoá và cơ giới<br /> hoá. Để đảm bảo an toàn cho tàu khi đi vào luồng, có rất nhiều các tiêu chuẩn lý thuyết tính toán<br /> thiết kế luồng như là tiêu chuẩn thiế kế kênh biển 1976, tiêu chuẩn PIANC – IAPH, Approach<br /> Channels để phục vụ cho việc thiết kế xây dựng hệ thống luồng giao thông hàng hải sao cho phù<br /> hợp nhất. Do vậy trong bài báo này tác giả chỉ đề cập đến các tiêu chuẩn áp dụng thiết kế luồng<br /> tàu và đề suất nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng của người điều khiển phục vụ công tác thiết kế xây<br /> dựng giao thông đường thủy.<br /> 2. Các tiêu chuẩn tính toán thiết kế luồng<br /> 2.1 Quy trình thiết kế kênh biển 1976 [1]<br /> Sau khi dựa vào các yếu tố khí tượng thủy hải văn, lưu lượng tàu, các chỉ tiêu kinh tế, lựa<br /> chọn tàu tính toán, tốc độ tàu tính toán, chọn vị trí đổ đất. Các thông số cơ bản tính toán thiết<br /> tuyến luồng như sau:<br /> Đối với kênh chạy tàu một chiều thì chiều rộng chạy tàu BC tính bằng m xác định theo công<br /> thức:<br /> BC  Bhd  2.C1  B<br /> (1)<br /> Trong đó:<br /> Bhd: Chiều rộng dải hoạt động của tàu ở cao độ chiều sâu chạy tàu.<br /> C1: Dự phòng chiều rộng giữa dải hoạt động của tàu và mái dốc kênh.<br /> B: Dự phòng chiều rộng cho sa bồi trên kênh.<br /> Chiều rộng dải hoạt động đối với tàu tính toán. Tính bằng m, xác định theo công thức:<br /> Bhd  L. sin1   2   B. cos1   2   t. sin  .Vmax<br /> (2)<br /> <br /> Trong đó trị số<br /> t. sin <br /> (t là thời gian tàu chệch hướng luồng,<br /> <br /> là góc lệch)<br /> Chiều sâu chạy tàu thực chất và chiều sâu thiết kế H0 của kênh tính bằng mét, xác định<br /> theo các công thức:<br /> 3<br /> HC  T   zi  H<br /> i 0 (3)<br /> H 0  H C  z4<br /> (4)<br /> Trong đó:<br /> T: Mớn nước của tàu(m).<br /> 3<br /> <br /> z<br /> i 0<br /> i<br /> : Tổng dự phòng chiều sâu chạy tàu (m).<br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 38 – 04/2014 72<br />  CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/1956 - 01/04/2014<br /> <br /> <br /> H: Trị số chuyển mực nước tính toán về số không độ sâu (với dấu trừ nếu mực nước tính<br /> toán cao hơn và với dấu cộng nếu mực nước tính toán thấp hơn số không độ sâu).<br /> z4: Dự phòng chiều sâu cho sa bồi (m).<br /> Các kích thước cơ bản của luồng tàu được tính toán trên cơ sở các kích thước cơ bản của<br /> tàu tính toán cộng thêm các dự trữ an toàn cho chạy tàu; bao gồm: dự trữ an toàn do sóng, gió và<br /> dòng chảy, dự trữ về điều kiện chạy tàu (vận tốc, hỗ chợ hàng hải, hình dạng luồng), mức độ nguy<br /> hiểm của hàng hóa... Xác định các dự trữ này là nội dung chính của các hướng dẫn thiết kế hiện<br /> hành. Ở các nước trên thế giới phương pháp tất định chỉ được áp dụng trong giai đoạn thiết kế sơ<br /> bộ. Tuy nhiên, do điều kiện về kinh tế và trình độ khoa học kỹ thuật, phương pháp này vẫn đang<br /> được sử dụng trong giai đoạn thiết kế chi tiết ở Việt Nam.<br /> 2.2 Quy trình thiết kế kênh biển theo PIANC – IAPH [2]<br /> Đối với luồng 1 chiều, chiều rộng đáy luồng W được tính như sau:<br /> n<br /> W  WBM   Wi  WBr  WBg<br /> i 1 (5)<br /> Và đối với luồng 2 chiều:<br /> n<br /> W  2W BM  2 Wi  WBr  W Bg   W P<br /> i 1 (6)<br /> Trong đó:<br /> WBM: Chiều rộng cần thiết để điều động tàu, là bội số của chiều rộng B của tàu.<br /> Wi: Các chiều rộng dự phòng.<br /> WBr, WBg: Dự phòng chiều rộng bên phải và bên trái luồng.<br /> WP: Khoảng cách vượt nhau giữa các tàu.<br /> Lực cản động học tới chuyển động của tàu trong điều kiện nước cạn được thể hiện thông<br /> qua hệ số Froud là một hệ số không thứ nguyên thể hiện quan hệ giữa chiều sâu luồng và vận tốc<br /> tàu.<br /> V<br /> Fnh = (7)<br /> g.h<br /> V: Vận tốc tàu (m/s).<br /> h: Độ sâu nước mà tại đó nước không bị khuấy động do chuyển động của tàu (m).<br /> g: Gia tốc trọng trường (m/s2).<br /> Squat là hiện tượng tàu chìm mớn nước khi chuyển động và do đó làm giảm độ lớn chân<br /> hoa tiêu.<br />  Fnh2<br /> Squat(m)  2.4 2 <br /> L pp 1  F  2<br /> nh<br /> (8)<br /> Trong đó:<br /> : Lượng dãn nước của tàu = CB.Lpp.B.T<br /> Lpp: Chiều dài tàu trên đường mớn nước (m).<br /> T: Mớn nước tàu (m).<br /> CB: Hệ số béo.<br /> Fnh : Hệ số Froude Độ sâu<br /> Theo phương pháp này, các thông số thiết kế của luồng được xác định bằng các công thức<br /> thực nghiệm, ngoài ra chiều rộng tàu dựa vào các yếu tố dự phòng theo từng ảnh hưởng khác<br /> nhau như dòng chảy ngang, mức độ tin cậy báo hiệu..vv<br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 38 – 04/2014 73<br />  CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY THÀNH LẬP TRƯỜNG 01/04/1956 - 01/04/2014<br /> <br /> <br /> 2.3 Ảnh hưởng của người điều khiển tàu [4]<br /> Chuyển động cơ sở của tàu:<br /> Tàu thủy là một công trình kỹ thuật hết sức đặc biệt là phương tiện hoạt động trên môi<br /> trường nước. có thể chuyển dịch trên mặt nước, hay ngầm dưới nước,,nó có hai dạng đặc điểm<br /> chính là nổi được trên mặt nước (hoặc ngầm dưới nước)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Tàu dưới tác động của gió Hình 1. Khả năng điều động tàu<br /> <br /> Tàu có khả năng điều động theo đúng<br /> với lộ trình ứng với tác động của sóng gió dòng chảy tại thời điểm mà nó hành trình (Hình vẽ 1)<br /> Có thể thẩy trên hình vẽ 1 thì khả năng điều động tàu gây lên những ảnh hưởng đáng kể lên<br /> bề rộng của tuyến luồng<br /> Ảnh hưởng của con người: Trong mọi trường hợp điều động tàu đi qua các kênh vượt<br /> qua các loại điều kiện địa hình, thời tiết khác nhau ví du như trong hình vẽ 2 ta thấy tàu được<br /> người điều khiển lái tàu trước ảnh hưởng của gió mạn từ bên trái để con tàu đi đúng hướng.<br /> Kinh nghiệm thực tế giúp người điều động tàu biết được cần điều khiển tàu hành hải sao<br /> cho phù hợp nhất với từng điều kiện địa hình, điều kiện khí tượng sóng gió dòng chảy trên từng<br /> đoạn luồng cụ thể để đưa ra những quyết định điều động an toàn [2].<br /> Ở đây chính người điều khiển dẫn đến những ảnh hưởng lớn tới bề rộng và chiều sâu của<br /> tuyến luồng hàng hải đi qua.<br /> Kỹ thuật mô phỏng<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Màn hình chương trình mô phỏng PORTSIM<br /> <br /> Chương trình mô phỏng giúp cho người điều động tàu dự đoán trước được các tình huống<br /> có thể xảy ra trong quá trình điều động, và đặc biệt là giúp cho người thiết kế tuyến luồng đưa<br /> thêm vào các thông số tính toán đầy đủ hơn với từng đoạn luồng ứng với mỗi điều kiện địa hình,<br /> khí tượng tại mỗi khu vực khác nhau [2].<br /> <br /> <br /> Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 38 – 04/2014 74<br />